講述水力發(fā)電工程及各種建筑物在其中的應(yīng)用

【專家解說】：水力發(fā)電系利用河川、湖泊等位于高處具有位能的水流至低處，將其中所含之位能轉(zhuǎn)換成水輪機(jī)之動能，再藉水輪機(jī)為原動機(jī)，推動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。利用水力(具有水頭)推動水力機(jī)械(水輪機(jī))轉(zhuǎn)動，將水能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，如果在水輪機(jī)上接上另一種機(jī)械(發(fā)電機(jī))隨著水輪機(jī)轉(zhuǎn)動便可發(fā)出電來，這時機(jī)械能又轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。水力發(fā)電在某種意義上講是水的勢能變成機(jī)械能，又變成電能的轉(zhuǎn)"換過程。因水力發(fā)電廠所發(fā)出的電力其電壓低，要輸送到遠(yuǎn)距離的用戶，必須將電壓經(jīng)過變壓器提高后，再由架空輸電路輸送到用戶集中區(qū)的變電所，再次降低為適合于家庭用戶、工廠之用電設(shè)備之電壓，并由配電線輸電到各工廠及家庭用戶。 我國已成功建設(shè)多座200米級高混凝土面板堆石壩，并經(jīng)多年或初步運行考驗，200米級高混凝土面板堆石壩建設(shè)技術(shù)已由探索逐步走向成熟，筑壩技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平，基本具備向300米級高混凝土面板堆石壩發(fā)展的技術(shù)條件。我國西部地區(qū)的瀾滄江、怒江、黃河、雅礱江、大渡河上游以及西藏部分地區(qū)，有許多適宜建設(shè)高混凝土面板堆石壩的高壩大庫壩址，工程建設(shè)各方迫切希望在300米級高混凝土面板堆石壩筑技術(shù)上有所突破。由水電水利規(guī)劃設(shè)計總院、云南華能瀾滄江水電有限公司、云南華電怒江水電開發(fā)有限公司共同組織開展《300米級高混凝土面板堆石壩適應(yīng)性及對策研究》，在系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)外已建200米級高混凝土面板堆石壩建設(shè)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，探討300m級高混凝土面板堆石壩建設(shè)的可行性和需進(jìn)一步研究的主要技術(shù)方向，是十分必要和及時的。 混凝土面板堆石壩專委會秉承全心全意為我國水電工程技術(shù)發(fā)展服務(wù)的宗旨，通過本次會議，為水電工程技術(shù)人員搭建了一個友好、和諧的交流平臺，充分展示了我國混凝土面板堆石壩的技術(shù)水平和發(fā)展趨勢，必將“承前啟后、開拓創(chuàng)新”，為我國混凝土面板堆石壩建設(shè)由200米級向300米級跨越發(fā)揮積極的推動作用。 我國水利水電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，三峽工程永久樞紐建筑物均為一級建筑物，要求按千年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計（洪水流量為98800立方米／秒），萬年一遇洪水再加10％的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校校（洪水流量為124300立方米／秒）?？拐饦?biāo)準(zhǔn)按比壩址區(qū)地震基本烈度Ⅵ度提高1度設(shè)防，即按Ⅶ度設(shè)防。 三峽工程的主要建筑物分三大部分： 第一大部分為擋水泄洪建筑物。由混凝土重力壩的非溢流壩段和溢流壩段組成，壩軸線全長2309米。非溢流壩段用來擋水，溢流壩段頂部裝有弧形閘門，非汛期閘門關(guān)閉，用來擋水，汛期閘門打開，用來泄洪。大壩壩頂高程185米、最大壩高181米。 第二大部分為水力發(fā)電建筑物。由左右兩側(cè)各一座壩后式水電站廠房組成，兩座廠房均緊靠混凝土重力壩的下游坡腳。左側(cè)廠房內(nèi)安裝單機(jī)容量為70萬千瓦的水輪發(fā)電機(jī)組14臺，右側(cè)廠房內(nèi)安裝同樣容量的水輪發(fā)電機(jī)組12臺，共安裝26臺，裝機(jī)總?cè)萘繛?820萬千瓦。 第三大部分為通航建筑物。由雙線五級連續(xù)梯級船閘、垂直升船機(jī)和施工期通航用的臨時船閘組成，均位于左岸。雙線五級連續(xù)梯級船閘每年下水貨運通過能力為5 000萬噸，垂直升船機(jī)每次可通過一艘3000噸級客輪，臨時船閘每年下水貨運通過能力為1000萬噸。 3.2 什么是混凝土重力壩？三峽工程大壩分為哪些壩段？ 混凝土重力壩是用混凝土澆筑的，主要依靠壩體自重來抵抗上游水壓力及其它外荷載并保持穩(wěn)定的壩。世界各國修建于寬闊河谷處的高壩，多采用混凝土重力壩；壩軸線一般為直線，斷面型式較簡單，便于機(jī)械化快速施工，混凝土方量較多，施工中需要嚴(yán)格的溫度控制措施；壩頂可以溢流泄洪，壩體中可以布置泄流孔洞。我國的丹江口、豐滿工程的大壩，目前世界上最大的水電站——巴西伊泰普工程的大壩，均采用了混凝土重力壩。 三峽工程混凝土重力壩，壩頂高程185米，最大壩高181米，壩頂寬度15米，底部寬度為124米，從右岸非溢流壩段起點至左岸非溢流壩段終點，大壩軸線全長2309米。各壩段布置從右至左依次為： 右岸非溢流壩段，從右岸山體至右岸廠房壩段起點，長180米。 右廠房壩段，包括12臺水輪發(fā)電機(jī)組壩塊和一個安裝場壩塊，長約507米。 縱向圍堰壩段，施工期為縱向圍堰的一部分，長68米，分4個壩塊，右側(cè)兩個壩塊接下游混凝土縱向圍堰，并作為永久的下游導(dǎo)墻。 泄洪壩段位于河床中央，長483米，分23個壩塊，每個壩塊中央設(shè)置一個7X9米的泄洪深孔。相鄰壩塊間設(shè)置22個8米寬的溢流表孔，堰頂高程158米，用弧形閘門進(jìn)行控制。在表孔正下方，共設(shè)置22個施工導(dǎo)流底孔。 左導(dǎo)墻壩段，長32米，其下游設(shè)廠壩導(dǎo)墻。 左廠房壩段包括14臺水輪發(fā)電機(jī)組壩塊和一個中間安裝場壩塊，長約572米。 左岸非溢流壩段（1），位于左廠房壩段與臨時船閘壩段之間，長205米。 臨時船閘壩段，長56米，施工期在壩體底部設(shè)長24米寬的臨時船閘通道及上閘首，施工期通航任務(wù)完成后，回填混凝土恢復(fù)壩體。垂直升船機(jī)將設(shè)在該壩段左側(cè)。 左岸非溢流壩段（2），升船機(jī)以左，接左岸山體，長約170米。 3.3 三峽工程樞紐建筑物的主要工程量多少？ 三峽工程樞紐建筑物的主要工程量為：土石方開挖10259萬立方米，土石方填筑 2933萬立方米，混凝土澆筑 2715萬立方米，金屬結(jié)構(gòu)安裝28．1萬噸，鋼筋制作與安裝35．4萬噸，帷幕灌漿35．5萬米，排水孔鉆孔77.3萬米，固結(jié)灌漿36.2萬米，錨桿169．3萬米，混凝土防滲墻23．l萬平方米，26臺水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)電設(shè)備安裝1820萬千瓦（機(jī)組安裝19．67萬噸、起重設(shè)備安裝3267噸、變壓器等1．4萬噸）。 三峽主體工程的混凝土方量為2643萬立方米，約為當(dāng)前國內(nèi)最大的葛洲壩工程的2．5倍，為當(dāng)前世界上最大的水電站巴西伊泰普工程的2倍。主體工程土石方開挖最高年強度為2251萬立方米，約為國內(nèi)已經(jīng)達(dá)到的最高年強度的2．4倍（葛洲壩工程土石方開挖最高年強度為930萬立方米）；混凝土澆筑最高年強度為548萬立方米，約為葛洲壩工程203萬立方米的2.5倍、伊泰普工程304萬立方米的1．8倍；金屬結(jié)構(gòu)安裝最高年強度為4．6萬噸，為葛洲壩工程2．3萬噸的2倍。 3.4 三峽工程的壩后式水電站是怎樣布置的？ 水力發(fā)電站的廠房緊靠擋水大壩下游，發(fā)電引水壓力鋼管通過壩體進(jìn)入水電站廠房內(nèi)的水輪機(jī)室，這樣布置的水電站叫做壩后式水電站。三峽工程的壩后式水電站分左右兩側(cè)布置，以便于河床中部布置溢流泄洪壩段。 左側(cè)廠房全長643．6米，安裝第1號至第14號共14臺水輪發(fā)電機(jī)組；右側(cè)廠房全長584．2米，安裝第15號至第26號共12臺水輪發(fā)電機(jī)組；單機(jī)容量均為70萬千瓦，裝機(jī)總?cè)萘繛?820萬千瓦。 為安裝與檢修機(jī)組的需要，左側(cè)廠房布置有左端安裝場和中間安裝場；右側(cè)廠房布置有右端安裝場和中間安裝場。左右廠房的中間安裝場下部壩體內(nèi)均設(shè)置有兩個排沙底孔，這對防止進(jìn)水口淤堵及粗沙過機(jī)十分有利。 左右側(cè)廠房的斷面布置基本相同，水下布置有水輪機(jī)室和發(fā)電機(jī)室，水上布置有主廠房、副廠房等。水上部分主廠房寬度為38米，高度為33．7米。主廠房內(nèi)均布置有兩層吊車，下層為半門式起重機(jī)，上層為橋式起重機(jī)，可以起吊發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及廠房內(nèi)需要安裝的各種設(shè)備。 主廠房下游有寬為20．5米、高程為83．5米的尾水平臺，平臺下為下游副廠房，主要布置水輪機(jī)附屬設(shè)備。主廠房上游有寬為20．4米的上游副廠房，主要布置發(fā)電機(jī)出線及各種電氣設(shè)備；其下層安裝容量為76萬千伏安、電壓比為550（525）／18千伏的主變壓器。三峽水電站采用“一機(jī)一變”的組合方式，即一臺水輪發(fā)電機(jī)組配備一臺主變壓器。一臺主變壓器的重量為450噸，運輸重量為320～350噸。